Questo modello idrologico semplificato mostra il sottosuolo dell'Oklahoma. L'Arbuckle Group è l'area in cui viene iniettata la maggior parte delle acque reflue. Questo strato consente al fluido di spostarsi facilmente in aree distanti. L'acqua aggiunta provoca stress durante il suo viaggio e può causare terremoti quando incontra faglie preesistenti. Credito:Università dell'Oklahoma
Xiaowei Chen, assistente professore del Mewbourne College of Earth and Energy dell'Università dell'Oklahoma e un gruppo di geoscienziati dell'Arizona State University e dell'Università della California, Berkeley, hanno creato un modello per prevedere l'attività sismica indotta dallo smaltimento delle acque reflue dopo la produzione di petrolio e gas.
"In questa regione del paese, per ogni barile di petrolio prodotto dal suolo, di solito da molti pozzi si estraggono anche da otto a nove barili d'acqua, " disse Chen.
La grande quantità di acqua porta a un problema per i produttori di petrolio:cosa farne?
Chiamato anche salamoia, queste acque reflue contengono sale, minerali e tracce di olio, rendendolo inutilizzabile per il consumo o per scopi agricoli e dal costo proibitivo per il trattamento. Viene smaltito iniettandolo nuovamente nella terra, in profondità nelle formazioni rocciose porose.
L'iniezione di acque reflue può causare terremoti, ha spiegato Chen, e mentre la maggior parte dei recenti terremoti in Oklahoma sono stati piccoli, molti sono stati superiori a 3.0 sulla scala Richter.
Chen e un team di ricercatori, guidato da Guang Zhai e Manoochehr Shirzaei dell'ASU, e Michael Manga dell'UC Berkeley, deciso di trovare un modo per rendere prevedibili e piccoli i terremoti indotti in Oklahoma.
Il loro metodo, ha spiegato Chen, era quello di "creare un modello che correla il volume delle acque reflue iniettate con i cambiamenti di stress sulle faglie vicine e il numero di terremoti in quell'area".
Trovare la Formula
Prevedere la quantità di attività sismica dall'iniezione di acque reflue è difficile perché comporta la contabilizzazione di numerose variabili:
Il team ha affrontato ogni problema.
Chen e i suoi colleghi ricercatori hanno studiato i parametri idrologici del sottosuolo:la velocità con cui il fluido si muove all'interno delle rocce porose e la rapidità con cui il fluido introdotto modifica lo stress nel seminterrato del sottosuolo. Questo è importante perché il seminterrato sotto la superficie è il luogo dei terremoti indotti dell'Oklahoma.
Mentre il team dell'ASU ha utilizzato i dati satellitari per determinare i parametri idrologici del sottosuolo, Chen si è concentrato sulla distribuzione spaziale e temporale dei terremoti, e determinati parametri idrologici osservando la velocità con cui i terremoti si allontanano dalle zone di iniezione. Confrontando entrambi i set di dati, i ricercatori hanno ulteriormente aumentato l'accuratezza del loro modello.
Come risulta, il Gruppo Arbuckle, uno strato sedimentario che si trova sopra il seminterrato del sottosuolo nelle profondità della terra, è particolarmente permeabile, permettendo salamoia, e quindi terremoti, diffondersi facilmente.
"Quando iniettiamo la salamoia nell'Arbuckle Group a una profondità di 1-3 chilometri, può trasportare attraverso le rocce porose, modificando le sollecitazioni e provocando terremoti sulle faglie del seminterrato, " disse Chen.
Prossimo, i ricercatori possono inserire la quantità di fluido nel modello. Aggiungendo il volume di fluido iniettato in una particolare area nel loro modello, possono determinare lo stress che eserciterà su quella regione mentre si diffonde.
Con le variabili della salamoia considerate, i ricercatori hanno quindi aggiunto informazioni sui difetti preesistenti nei calcoli regionali. Più i ricercatori conoscono una particolare area, più precisi saranno i dati.
"Se abbiamo intenzione di operare in un'area in cui non abbiamo alcuna sismicità precedente, sarà un po' difficile fare previsioni accurate, " disse Chen. "Ma operando in una nuova area e prendendo parametri in tempo reale, operatori e ricercatori dovrebbero essere in grado di prevedere il comportamento futuro".
Risultati
Chen spera che seguendo i risultati dei modelli che ha contribuito a creare, gli operatori petroliferi dello stato possono creare nuovi protocolli per la quantità di acque reflue da iniettare e dove.
Ciò potrebbe aiutare a prevenire grandi terremoti indotti in Oklahoma. Chen non crede che i prossimi protocolli porranno fine del tutto alla sismicità indotta, ma piuttosto aiuterà a limitare le dimensioni e la frequenza dei terremoti con un controllo dell'iniezione limitato. Questo metodo può prevedere la futura sismicità indotta.
Chen prevede un protocollo simile agli orologi tornado:una finestra temporale in cui gli abitanti dell'Oklahoma vengono avvertiti che potrebbero avvertire piccoli tremori in una regione dello stato.
Secondo Chen, questa è un'area in cui gli stretti legami di lavoro tra geoscienziati e ingegneri petroliferi dovranno essere ancora più forti. Finora, la sua ricerca ha suscitato l'interesse sia di geoscienziati che di ingegneri petroliferi nell'industria e nel mondo accademico.
